Herkunft, Domestizierung und Verbreitung der Birne (Pyrus spp.)

Abstract

Die Birne (Pyrus communis L.) ist eine typische Frucht der gemäßigten Regionen, die ihren Ursprung und ihre Domestizierung an zwei verschiedenen Orten hat, nämlich in China und Kleinasien bis zum Nahen Osten. Sie ist die fünftgrößte Obstsorte der Welt und wird hauptsächlich in China, Europa und den Vereinigten Staaten angebaut. Die Birne gehört zur Familie der Rosengewächse und ist ein enger „Cousin“ des Apfels, weist aber einige Besonderheiten auf, die diese Frucht mit ihrem delikaten Geschmack besonders machen. Aufgrund der wirtschaftlichen und kulturellen Bedeutung dieser Frucht in verschiedenen Ländern und Kulturen verdient sie daher besondere Aufmerksamkeit und eine sorgfältige Aufarbeitung der gesamten Geschichte und der jüngsten Forschungsarbeiten, die ihr gewidmet sind. Der Zweck dieser Literaturübersicht ist es daher, sich der Geschichte des Ursprungs, der Domestizierung und der Verbreitung von Birnen zu nähern, sowie über ihre Botanik, ihr gegenwärtiges Szenario in der Welt und ihre Zucht und Erhaltung zu berichten.

1. Einleitung

Die Birne, eine typische Frucht der gemäßigten Klimazonen, mit zartem, angenehmen Geschmack und geschmeidig, hat eine breite Akzeptanz in der ganzen Welt. Durch ihre Form inspiriert sie Designer und Architekten. Die Frucht erfreut Generationen; bereits 1661 schrieb Jean-Baptiste de La Quintinie, Jurist und Botaniker, verantwortlich für die Gärten des Schlosses von Versailles, leidenschaftlich über den Anbau von Birnen, in Berichten: „Man muss zugeben, dass die Natur unter allen Früchten an diesem Ort nichts so Schönes und Edles hervorbringt wie diese Birne. Es ist die Birne, die den Tischen die größte Ehre macht…“

Die Birne wird hauptsächlich in Natura, in Torten, Kuchen, als Beilage zu kräftigem Käse oder Carpaccio, Risotto, Konfitüren und Eis verzehrt und ist wegen ihres geringen Kaloriengehalts eine hervorragende Frucht für Diäten. Sie hat einen hohen Nährwert mit einem angemessenen Gehalt an den Vitaminen A, B1, B2, B3 und C und Mineralien wie Natrium, Kalium, Phosphor, Kalzium, Magnesium und Eisen. Sie enthält viele Ballaststoffe, die hervorragende Ergebnisse bei der Behandlung von Verstopfung und Darmentzündungen liefern. Viele empfehlen Birnen zur Heilung von Anomalien wie Blasenentzündungen und Nierensteinen.

Die zur Gattung Pyrus gehörende Birne, die im Tertiär in Westchina entstand, hatte ihre Verbreitung von Norditalien, der Schweiz, dem ehemaligen Jugoslawien, Deutschland, Griechenland, Moldawien und der Ukraine bis in den Osten, in Ländern wie Iran, Usbekistan, China, Japan, Korea und Bhutan. Kommerziell wird sie in zwei große Gruppen unterteilt: Europäische und asiatische Birnen. Die erste, mit länglicher und vollmundiger Textur, und die zweite, mit sandiger Textur und abgerundetem Körper, machen diese Frucht zur neunten in der Weltproduktion, wobei sie hauptsächlich ein Handelsgut in China ist.

2. Taxonomie, Herkunft und Speziation

Der Name Birne leitet sich aus dem Lateinischen ab, pera oder pira, mit einigen Varianten wie im Französischen als poire, im Deutschen als peer, und in Griechenland als acras als Wildtyp und apios als kultivierte Birne.

Sie gehört zu Equisetopsida C. Agardh Klasse der Gefäßpflanzen, Magnoliidae Novák ex Takht Unterklasse, gekennzeichnet durch Pflanzen, die gerippte Blätter und Blüten haben. Zugehörig zu den Rosales Bercht. & J.Presl Ordnung, und Rosaceae Juss Familie, mit zwittrigen Blüten, polypetalae und perigynics Staubblätter, die Birne, von Pyrus L., Geschlecht ist eine Frucht von großer Bedeutung für die Landwirtschaft der gemäßigten Breiten, die in großem Umfang in China, Westeuropa und den Vereinigten Staaten kultiviert wird.

Die Unterfamilie Maloideae, zu der das Geschlecht Pyrus gehört, hat eine grundlegende Chromosomenzahl von , die ziemlich hoch ist, wenn man sie mit anderen Arten der Rosaceae vergleicht, wo oder . Von den drei Hypothesen, die seit den 1920er Jahren zur Erklärung des Ereignisses aufgestellt wurden, geht die am meisten akzeptierte Theorie von einem Allotetraploid oder Allopolyploid aus, das aus der Kreuzung zweier primitiver Formen der Familie der Rosaceae, Prunoideae mit und Spiraeoideae mit , entstanden ist. Diese Theorie stützte sich auf die Beobachtung, dass während der Meiose überwiegend einwertige (ungepaarte) und nicht mehrwertige Chromosomen entstehen. In der Folgezeit wurde diese Theorie durch Isozymstudien gestützt. Die meisten Kulturbirnen sind diploid (), aber es gibt auch einige polyploide Sorten von P. communis und Pyrus × bretschneideri. Einigen Autoren zufolge fand die Speziation von Pyrus ohne eine Veränderung der Chromosomenzahl statt. Es wird angenommen, dass das Geschlecht Pyrus während des Tertiärs (vor 65 bis 55 Millionen Jahren) in den Gebirgsregionen Westchinas entstanden ist, wo eine sehr große Anzahl von Arten der Gattungen Pomoideae und Prunoideae konzentriert ist. Berücksichtigt man die Verbreitungsgebiete der verschiedenen Gattungen der Pomoideae, so ist es wahrscheinlich, dass ihr gemeinsamer Vorfahre während der Kreidezeit oder des Paläozäns und vor dem Tertiär in diesem Gebiet weit verbreitet war. Es gibt Hinweise darauf, dass die Ausbreitung und Artbildung der Birnen den Gebirgsketten im Osten und Westen folgte. In dieser Zeit wurden nur wenige Spuren von Blättern an einigen Orten in Osteuropa und im Kaukasus gefunden, wie z. B. im Dorf Parschlug, Österreich, und im Kachetien-Gebirge, wo Fossilien von Pyrus theobroma gefunden wurden. Im östlichen Georgien, in Horizon Akchagyl, Aserbaidschan und der Türkei wurden ebenfalls fossile Blätter von Pyrus communis L. gefunden. In nacheiszeitlichen Aufzeichnungen wurden Spuren von Früchten in lakustrischen Ablagerungen in der Schweiz und Italien gefunden. Es wird angenommen, dass der Prozess der Domestizierung folgte, was heute im Kaukasus zu sehen ist, wo man viele Arten von Birnbäumen, die reichlich wachsen, finden kann .

Es gibt zwei Domestikationszentren und primären Ursprung der Gattung Pyrus: die erste ist in China, die zweite in Kleinasien in den Nahen Osten, in den Kaukasus, und ein drittes sekundäres Zentrum in Zentralasien gelegen.

Die Zahl der katalogisierten Arten variiert stark nach der Interpretation der einzelnen Autoren, 20 bis 75 Arten . Es sind 23 Wildarten katalogisiert, die alle in Europa, dem gemäßigten Asien und den nördlichen Bergregionen Afrikas heimisch sind. Die Birnen werden nach der Anzahl der Fruchtblätter und der Fruchtgröße in drei Gruppen eingeteilt: kleine Früchte mit zwei Fruchtblättern, die als asiatische Birnen bezeichnet werden, große Früchte mit fünf Fruchtblättern und Früchte mit drei bis vier Fruchtblättern, die Hybriden der oben genannten Früchte sind. Asiatische Birnen haben eine knackige Textur, während die europäische Birne eine buttrige und saftige Textur mit charakteristischem Geschmack und Aroma aufweist. Birnen werden durch Pfropfen vermehrt, wobei das Pfropfreis gegen Stressfaktoren wie Alkalität des Bodens, Trockenheit und Kälte angepasst ist. Die Artenvielfalt konzentriert sich auf Westeurasien bis Ostasien und vor allem auf China (Tabelle 1), aber mehrere Arten werden von vielen Autoren genannt, ohne dass es einen Konsens gibt, was eine Einordnung erschwert, da es sich bei vielen um Hybriden zwischen den Arten handelt, und in einigen Fällen verwenden verschiedene Regionen unterschiedliche Namen für dieselben Sorten. In diesen beiden Regionen werden zwei verschiedene Gruppen von Arten gebildet, die östliche und die westliche (Tabelle 2). Untersuchungen zeigen, dass zwischen diesen beiden Gruppen ein großer genetischer Abstand besteht. Die erste Gruppe konzentriert sich auf die meisten kultivierten Birnen, die in Europa, Nordafrika, Kleinasien, Iran, einem Teil des sowjetischen Zentralasiens und Afghanistan vorkommen. Die zweite Gruppe umfasst Arten, die in Ostasien, im Tien-Shan-Gebirge und am Hindukusch sowie in Japan vorkommen. In der letztgenannten Gruppe gibt es eine sehr große Gruppe von Kultursorten in China und Japan. Derzeit gibt es mehrere Arbeiten, die darauf abzielen, den genetischen Abstand zwischen den verschiedenen Kultivaren zu schätzen, die in Genbanken und Zuchtprogrammen konzentriert sind.

Forscher der Universität Lleida (UDL-ETSIA) konnten die genetische Distanz von 141 spanischen Akzessionen von P. communis (früher und heute) durch acht SSR-Marker schätzen. Dreizehn bekannte spanische Kultivare, die ihre Vielfalt repräsentieren, wurden ebenfalls verwendet, aber alle dreizehn wurden in einem einzigen Cluster gruppiert, was die schmale genetische Basis der Kultivare von P. communis in Spanien zeigt, die hauptsächlich durch die Marktanforderungen verursacht wird.

Eine andere Studie wurde von einer Gruppe chinesischer Forscher durchgeführt, in der es durch sechs SSR-Marker möglich war, den genetischen Abstand von 98 Pyrus-Arten zu überprüfen, darunter 51 Pyrifolia, japanische und chinesische Pyrus, 11 P. ussuriensis, 24 chinesische weiße Birnen, sechs Wildtypen, zwei koreanische Arten, zwei P. communis-Sorten und 2 nicht identifizierte Typen. Die Ergebnisse zeigten, dass diese Sorten in 10 Gruppen eingeteilt wurden, wobei 4 Gruppen aus weißen und sandfarbenen Birnen chinesischen und japanischen Ursprungs bestanden. Die Ergebnisse zeigen, dass die japanischen Sorten als Eltern die chinesische Sandbirne haben. Westliche Sorten bildeten getrennte und von den östlichen Birnen entfernte Gruppen.

Viele Studien wurden im Zusammenhang mit der Identifizierung genetischer Variationen und der Clusterbildung von Populationen kultivierter Birnen in China durchgeführt, da die Frucht eine Ware von großer Bedeutung für dieses Land ist, wie eine Studie von 233 Landrassen von P. pyrifolia, der „Sandbirne“, konnte der Grad der genetischen Vielfalt und die Verwandtschaft der Unternehmen anhand von 14 SSR-Markern bestimmt werden.

Im Jahr 2013 wurde die Sequenzierung des Birnengenoms durch die Kombination der Illumina-Sequenzierungstechnologie und einer BAC-by-BAC-Strategie (bakterielles künstliches Chromosom) bei einer asiatischen Birne namens „Suli“ abgeschlossen. Diese Strategie minimierte die Einschränkungen bei der Sequenzierung eines heterozygoten Genoms. Die Ergebnisse zeigten eine Häufigkeit von 1,02 % der SNPs und 53,1 % der wiederholten Sequenzen im Birnengenom. Es wurde festgestellt, dass der genomische Teil von Birne und Apfel sehr ähnlich ist und die Hauptunterschiede zwischen ihnen die wiederholten Sequenzen sind, die aktiv transponiert werden.

Das Birnengenom-Sequenzierungsprojekt kam zu dem Schluss, dass die durchschnittliche Gendichte bei mindestens 42.812 Genloci eines pro 12 kb beträgt, eine ähnliche Anzahl wie bei anderen Pflanzen, und dass das Birnen- und Apfelgenom in Bezug auf die Anzahl der Gene fast gleich sind. Das Projekt hat auch gezeigt, dass der Ligningehalt in Birnen dem der Pappel ähnelt, was darauf hindeutet, dass dieser Ligningehalt an der Bildung von Steinzellen beteiligt ist. Die in diesem Projekt verwendeten genomischen Ansätze haben zu einem besseren Verständnis dieser Obstpflanze geführt, was sich auf künftige Verbesserungen auswirken wird.

3. Domestikation und Züchtung

Die Domestikation hat zur Folge, dass sich die Genfrequenzen gegenüber den ursprünglichen Populationen verändern. Eine vollständig domestizierte Art ist für ihr Überleben vom Menschen abhängig, das heißt, sie kann sich in der Natur nicht selbst fortpflanzen. Die Domestizierung von Früchten begann erst vor etwa 6.000 Jahren durch vegetative Vermehrung, da sie eine hohe Heterozygotierate aufweisen. Infolgedessen kam es zur Selbstfertilität bei Birnen- und Pfirsichbäumen, zum Hermaphroditismus bei Weintrauben, zur Parthenokarpie, zu kernlosen Früchten bei Bananen und zum Fehlen von Stacheln bei einigen Früchten. In dieser Zeit wurden alte Mittelmeerfrüchte wie Weintrauben, Oliven, Feigen und Granatäpfel domestiziert. Auch Zitrusfrüchte, Bananen, Äpfel, Birnen, Quitten, Mispeln, Mandeln, Aprikosen, Kirschen, Pfirsiche und Pflaumen wurden in Zentral- und Ostasien domestiziert. Einige Früchte wie Kiwi, Heidelbeere und Pekannuss wurden erst im 19. und 20. Jahrhundert domestiziert. Die früheste Erwähnung des Birnenanbaus in Europa stammt von Homer aus dem antiken Griechenland, der vor knapp dreitausend Jahren schrieb, dass „Birnen ein Geschenk Gottes sind“. Zu diesem Zeitpunkt begann die Züchtung und damit die Geschichte der Birne als Kulturpflanze. Theophrastus (371-287 v. Chr.), ein weiterer Grieche, verfasste ebenfalls wichtige Berichte über die Birne. Er unterschied die Wildformen von den kultivierten und schlug vor, dass die gezüchteten Genotypen einen besonderen Namen erhalten sollten, und machte weitere wichtige Beobachtungen zur Zucht im Allgemeinen. Einen großen Beitrag zum Birnenanbau leisteten die Römer. Portius-Cato (235-150 v. Chr.) beschrieb die Methoden der Vermehrung, der Veredelung und der Pflege der Früchte und beschrieb außerdem sechs Birnensorten. Ein weiterer großer Schriftsteller des antiken Roms, Terentius Varro, widmete einen Teil seines Werks der Landwirtschaft (116-27 v. Chr.) und beschrieb Veredelungsmethoden und Lagerung. Unter den römischen Historikern war Plinius der Ältere (23-79 n. Chr.) der wichtigste, der in einem Manuskript mit mehr als sechzig Ausgaben fast alle Sorten der Saison ausführlich beschrieb. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die alten Römer im 1. Jahrhundert v. Chr. über mehr als 40 Sorten berichteten und ähnliche Anbaumethoden beschrieben, wie sie heute praktiziert werden. Über die Einführung der Birne in Frankreich ist wenig bekannt, aber Mitte des 18. Jahrhunderts hat sich der Anbau vor Ort sehr gut entwickelt, so dass das Land im 16. und 17. Jahrhundert der weltweit größte Produzent dieser Frucht war. Im achtzehnten Jahrhundert wurden in Belgien zahlreiche Züchtungen entwickelt, darunter einige, die auch heute noch von Bedeutung sind, wie die Sorten „Beurre Bosc“, „Beurre d’Anjou“, „Flemish Beauty“ und „Winter Nelis“.

Die Verbesserung der Birne erfolgte in Europa aus zwei Arten: Pyrus communis und P. nivalis. Die erste, die Europäische Gemeinschaftsbirne, ist völlig unfruchtbar und hat in ihrem Genpool einen Einfluss von anderen Arten wie P. eleagrifolia, P. spinosa, P. nivalis und P. syriaca . Die zweite Art, die zur Weinherstellung verwendet wird, ist in Großbritannien und Frankreich seit über 400 Jahren von großer Bedeutung. Die meisten in Europa zugelassenen Sorten wurden durch offene Bestäubung entwickelt, und die Früchte wurden nach ihrer Weichheit und ihrem buttrigen Aussehen ausgewählt.

In Asien begann der Anbau vor über 2500 Jahren mit den Hauptarten Pyrus pyrifolia, Pyrus serotina und Pyrus ussuriensis. Das Ergebnis wurde in der chinesischen Schrift (Shi Jing) und anderen Büchern vor mindestens 1500 Jahren beschrieben. In Japan wurden Birnensamen aus den Jahren 200-300 gefunden. Während der Edo-Periode in Japan (1603-1868) wurden über 150 Sorten dokumentiert; zu dieser Zeit wurden die Birnen wie ein Talisman in die Ecken gepflanzt, um den „bösen Blick“ abzuwehren.

Eines der Hauptmerkmale asiatischer Birnen ist das knackige, süße und saftige saure Fruchtfleisch. Das Fruchtfleisch zeichnet sich durch „Steinzellen“ aus, das sind Sklerenchymzellen, die sich von den Fasern unterscheiden, weil sie sehr langgestreckt sind. Sie verleihen der Frucht auch eine sandige Textur. Die Größen variieren von rundlich wie bei den Äpfeln, die am meisten angebaut werden, über Birnen bis hin zu den oben und unten länglichen Zwiebelbirnen, ähnlich den europäischen Birnen. Die Früchte sind sehr empfindlich auf physikalische Schäden, sowohl bei der Ernte und in der Klassifizierung als Lagerung und Vermarktung.

Birne wurde von den englischen und französischen Siedlern in den Vereinigten Staaten und Kanada eingeführt, und im Jahre 1629 gab es Aufzeichnungen über den Anbau in New England . Im Gegensatz zu Europa, wo Birnen durch Veredelung gezüchtet wurden, wurde die Birne in den Vereinigten Staaten zunächst durch Samen kultiviert, was zu einer viel größeren genetischen Variabilität als in Europa führte, so dass es in Amerika eine Reihe verschiedener Sorten gibt. Derzeit sind viele europäische Birnensorten in Nordamerika gut etabliert; die amerikanischen Genotypen können sich jedoch nicht an das Klima und den europäischen Boden anpassen (Tabelle 3). In den Vereinigten Staaten haben die Züchter in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts den Birnen-Wildtyp (Kreuzungen zwischen asiatischen und europäischen Birnen) für ihre Kreuzungen verwendet, um eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Kälte und die durch das weit verbreitete Bakterium Erwinia amylovora hervorgerufene „Feuerbrand“-Krankheit zu erreichen, die allerdings zu einer starken Qualitätsminderung der Früchte führte, die durch aufeinanderfolgende Rückkreuzungen behoben wurde. Der auffälligste Unterschied zwischen diesen Kreuzungen ist zweifellos die Textur . Wildtyp Birnen sind heute als Unterlage wegen ihrer Kältetoleranz und Anpassungsfähigkeit an verschiedene Umgebungen verwendet.

4. Produktion und wirtschaftliche Bedeutung

Eine mittelgroße Frucht hat etwa 58 Kalorien, 6 Gramm Ballaststoffe und 7.0 mg Vitamin C, ist fett- und natriumfrei und enthält große Mengen an Kalzium, Eisen, Magnesium, Phosphor, Kalium, Zink, Kupfer, Mangan und Phytosterinen. Da Birnen zur Familie der Rosengewächse (Rosaceae) gehören, haben sie Sorbit als Hauptzucker, der in Glucose, Fructose und Saccharose umgewandelt wird. Der Zuckergehalt ist bei japanischen, chinesischen und europäischen Birnen sehr unterschiedlich. Japanische und chinesische Birnen haben einen höheren bzw. niedrigeren Saccharosegehalt, während die europäischen Birnen einen hohen Fruktosegehalt aufweisen.

Birnen werden hauptsächlich zum Frischverzehr oder zur Herstellung von Konfitüren verwendet und sind die neuntwichtigste angebaute Frucht der Welt (Tabelle 4). China ist der weltweit größte Produzent (asiatische Birne) und die Vereinigten Staaten sind der zweitgrößte Produzent, wobei sie der erste Produzent der europäischen Birnensorte sind. Zusammen beanspruchen die zehn größten Erzeuger jährlich eine Fläche von 1.360.230 ha (Tabelle 5).

Die europäische Birne (P. communis) wird in fünf großen Regionen angebaut: Europa, Nordamerika, Südamerika, Südafrika und Ozeanien, während sich die Produktion der asiatischen Birne (P. pyrifolia) auf Asien konzentriert.

Die chinesische Birnenproduktion ist in den 1980er und frühen 1990er Jahren aufgrund der teuren Anpflanzung stetig gestiegen. Diese Wachstumsrate führte in dieser Zeit zu einer Menge von 7,74 Millionen Tonnen frischer Birnen. Die Daten zeigen, dass China mehr als das Doppelte der gesamten Weltproduktion produziert, was die Ernte zu einem Rohstoff von großer Bedeutung für dieses Land macht.

5. Schlussfolgerung

Die Dokumentation von Botanikern und Biologen über die letzten hundert Jahre war von großer Bedeutung, um die verfügbaren Daten in dieser Übersicht zu sammeln.

Eine Frucht, die rund 24 Milliarden Tonnen pro Jahr produziert, ist zweifellos ein großer Erfolg auf dem Weltmarkt. Dieser Erfolg ist vor allem auf die breite kommerzielle Akzeptanz in der ganzen Welt, seine ernährungsphysiologische Bedeutung und seine Anpassungsfähigkeit an Orte mit großen Anbaubedingungen und Vermarktung zurückzuführen.

Die jüngsten Fortschritte, die im letzten Jahr mit dem Birnensequenzierungsgenomprojekt erzielt wurden, werden neue Möglichkeiten für die Entwicklung verbesserter Genotypen bieten, die gegenüber biotischem und abiotischem Stress tolerant sind, sowie für qualitativ hochwertige Früchte in Bezug auf Nährstoff- und Zuckergehalt.

Das Verständnis der Geschichte der Birne für die Landwirtschaft ist von größter Bedeutung, da Wissenschaftler und Studenten ein besseres Verständnis für den Reichtum dieser Obstpflanze und ihren Werdegang im Zusammenhang mit der Menschheit haben könnten.

Interessenkonflikt

Die Autoren erklären, dass es keinen Interessenkonflikt im Zusammenhang mit der Veröffentlichung dieses Artikels gibt.